Simulación de un manifold de separación de líquido-gas mediante ecuaciones de dinámica de flujo con superficie libre

Abstract

Este trabajo presenta el estudio teórico de un manifold de separación de líquido-gas, modificando un simulador de la dinámica de flujo en canales abiertos con sección transversal rectangular, presentado por J-F Dulhoste como tesis de doctorado, cuyo modelo matemático se fundamenta en las ecuaciones de Saint-Venant. Estas ecuaciones se resuelven mediante un método de diferencias finitas implícito, específicamente el método de Preissmann y se emplea un método de optimización para la solución del sistema de ecuaciones. El simulador se adapta inicialmente a secciones circulares y se añadieron las ecuaciones para la determinación de las salidas de fondo mediante balances de energía. Para la fase gaseosa se usó la ecuación de conservación de la masa, acoplada con la ecuación de energía y se resolvió mediante el método de Runge-Kutta para calcular la presión interna, considerada uniforme en el manifold, con el propósito de introducir el efecto de la misma y analizar la interacción entre las fases. El simulador desarrollado permite simular el flujo en canales de sección circular, determinar los caudales de salida de líquido, determinar los caudales de salida de gas y analizar en forma dinámica la interacción entre las fases líquida y gaseosa ante diferentes condiciones. Además se desarrolló un modelo iterativo capaz de predecir los caudales de salida de líquido y de gas para comparar sus resultados con los del simulador. Los resultados de simulación obtenidos presentaron buena estabilidad y son similares a los resultados obtenidos con el modelo iterativo siendo considerados satisfactorios.